Estimado(a)s colegas y amigo(a)s,
Un estimado colega nos envía el presente artículo escrito por Hannah Bird, publicado el 7 de marzo de 2024 por PHYS.ORG y traducido por nosotros para este espacio. Veamos de que se trata…
El hundimiento del terreno es un peligro geológico causado por el asentamiento repentino o gradual (de años a décadas) de la superficie del terreno debido a la remoción de material del subsuelo. Esto puede deberse a una variedad de factores, tanto naturales (como terremotos, actividad volcánica y compactación de sedimentos de grano fino no consolidados) como antropogénicos (por ejemplo, minería y extracción de aguas subterráneas). Plantea un problema importante en las zonas urbanas donde puede provocar el colapso de edificios y daños a la infraestructura que pueden suponer un peligro para la vida y un problema de gestión de recursos.
Actualmente se observa un aumento en hundimientos del suelo en áreas densamente pobladas. Un factor clave que genera estos hundimientos es la extracción de agua subterránea almacenada en el espacio poroso de las capas subterráneas tanto para el consumo humano como para riego en la agricultura, lo que conlleva a la compactación de sedimentos del subsuelo generando hundimientos y subsidencias del suelo arriba de ellas.
Este es el enfoque principal de una nueva investigación, publicada en Geophysical Research Letters, en la que los investigadores identificaron una correlación positiva significativa entre la tasa de extracción de agua subterránea y el hundimiento de suelos, lo que significa que estas áreas deberían ser un foco importante de la gestión de los recursos hídricos para aliviar este riesgo geológico.
El Dr. Tsimur Davydzenka, investigador de la Colorado School of Mines, y sus colegas, el Dr. Pejman Tahmasebi y el Profesor Nima Shokri, recurrieron a la inteligencia artificial de aprendizaje profundo para predecir la escala del hundimiento de la tierra a nivel mundial. Al explicar la importancia de su investigación, los doctores Davydzenka y Tahmasebi explicaron: "El hundimiento de la tierra es un fenómeno destructivo que daña la infraestructura y los acuíferos, además de poner en riesgo vidas humanas. El crecimiento demográfico ha desempeñado un papel innegable en la extracción de recursos que ha llevado a estos hundimientos”.
"Derivado de nuestra investigación, nos dimos cuenta de que existen varios estudios en diferentes países que exploran el hundimiento de los suelos en forma local, pero no hay suficiente investigación a escala global. Estos mapas tampoco proporcionan ninguna información sobre la magnitud del hundimiento, que es más importante que la simple descripción de estos hechos con la limitante, como se dijo, que tienen una escala regional. Utilizando técnicas modernas de modelado basadas en datos, presentamos el primer mapa global de tasas de subsidencia, que puede usarse como base para generar políticas de gestión de aguas subterráneas y ayudar a la mitigación de estas subsidencias".
Los investigadores utilizaron bases datos existentes de estudios de hundimiento del terreno y sensores remotos para generar una base datos del orden de 46,000 escenarios de hundimiento. Lo anterior, junto con una selección de 23 condiciones climáticas, geográficas y topográficas (incluidas precipitaciones, composición del suelo, espesor de sedimentos y pendientes), se utilizaron para entrenar un modelo de aprendizaje automático, que luego pudo estimar el área total de tierra en riesgo de hundimiento y de la población en estas zonas.
El estudio determinó que más de 6.3 millones de km2 de la superficie de la Tierra (~5% de la superficie terrestre total del mundo) son susceptibles a tasas de hundimiento consideradas lo suficientemente significativas como para causar daños y requerir estrategias de mitigación, siendo éstas superiores a 5 mm/año. Esto se desprende de trabajos anteriores que habían sugerido que 12 millones de km2 de superficie terrestre experimentaron tasas de hundimiento de 430 mm/año. De estos más de 6.3 millones de km2, 231.000 km2 se identificaron en áreas urbanas, donde la densidad de población muestra que ~2 mil millones de personas (25% de la población mundial) se encuentran en estas zonas de alto riesgo.
El modelo de aprendizaje automático determinó que la extracción de agua subterránea era el principal predictor del hundimiento de la tierra, seguido de la actividad sísmica de los terremotos, luego las condiciones ambientales (es decir, la falta de precipitaciones) que afectan la recarga de agua subterránea, el espesor de las unidades sedimentarias (las unidades más grandes tienen más espacio para la compactación final), la temperatura media de los meses más cálidos (importante para las regiones áridas y semiáridas susceptibles a hundimientos), el contenido de arcilla del suelo y la densidad de población.
Dado que la extracción de agua subterránea es la principal preocupación, los doctores Davydzenka y Tahmasebi sugieren formas en las que la dependencia de la población mundial podría modificarse en el futuro. "Para minimizar la dependencia del agua subterránea, las medidas estratégicas incluyen promover la eficiencia en el uso del agua, implementar marcos regulatorios estrictos e incentivar prácticas agrícolas que optimicen el consumo de agua. Además, invertir en tecnologías de recuperación y reciclaje de agua puede aumentar la disponibilidad de agua sin depender excesivamente del agua subterránea.
"La eliminación gradual de la extracción de aguas subterráneas podría complementarse aprovechando fuentes alternativas como las aguas residuales tratadas, la recolección de agua de lluvia y la gestión de aguas pluviales. Sin embargo, la transición también debería considerar las limitaciones espaciales de los embalses y la viabilidad económica de la desalinización del agua de mar. Al integrar prácticas de conservación, utilizando tecnología Innovaciones y diversificación de las fuentes de agua, se puede establecer un ecosistema de suministro de agua sostenible, mitigando los desafíos ambientales y socioeconómicos asociados con la extracción excesiva de agua subterránea".
En cuanto a los sedimentos más afectados por la subsidencia, se identificaron como riesgo primario 3.8 millones de km2 de sedimentos no consolidados (10% de la extensión global), con las tasas de subsidencia más altas de 320.6 mm/año. La tierra cultivada constituyó la mayor extensión amenazada, con 2.1 millones de km2 en todo el mundo (12.2% de la tierra cultivada mundial), mientras que las tierras altas subtropicales y los climas oceánicos templados experimentaron mayores tasas de hundimiento superiores a 50 mm/año.
En general, se considera que el sur de Asia tiene la mayor extensión de tierra amenazada de hundimiento (el 2.2% de su superficie total experimenta tasas de hundimiento superiores a 50 mm/año), así como el mayor número de personas afectadas por estos (20 millones ). Otros países con tasas de hundimiento superiores a 50 mm/año son Filipinas, Irán, Costa Rica, Indonesia y Uzbekistán.
Si bien esta investigación proporciona un importante mapa global de hundimiento de la tierra que ayudará a las empresas, los agricultores y las autoridades locales en áreas de mayor riesgo a planificar los desafíos que puedan experimentar en el futuro, se requiere un mayor ajuste del modelo. Como tal, los doctores Davydzenka y Tahmasebi afirman que es "ciertamente posible" que los modelos futuros tengan una resolución lo suficientemente alta como para que las autoridades locales individuales utilicen los datos para estrategias de mitigación.
Por ejemplo, dada la importancia de la extracción de agua subterránea en el conjunto de datos, incluido un mayor detalle sobre la profundidad de la extracción, el tipo de acuífero, el desfase entre la extracción y la disminución del nivel freático, así como la interacción de la industria del petróleo y el gas (que contribuye al 4.36 % de los registros actuales de hundimiento), son pasos necesarios para mejorar este trabajo vital. Dado que el incremento de la población aumenta nuestra dependencia de las aguas subterráneas y el cambio climático intensifica las sequías, el impacto de la disminución de las aguas subterráneas en el hundimiento de la tierra seguirá siendo un problema cada vez más apremiante en los años venideros.
